區塊鏈:中國人的區塊鏈技術闖入國際學術頂會_Digital Money Bits

上周我從美國的西北角西雅圖飛到了東北角波士頓，在那里待了幾天，為了參加USENIX的旗艦學術會議NSDI2019。我和汪浩撰寫的介紹區塊鏈性能提升方案「Monoxide」的論文被這個大會接受，并安排在會議第一天上午為參會學者和專家進行專題介紹。

從讀博士開始，到畢業后就職于微軟研究院進行學術研究，參加這樣的學術會議、講解論文早已經成為生活和工作的一部分，不過這次在區塊鏈領域的FirstBlood，還是讓我著實興奮。

NSDI大會對像我這樣長期從事分布式系統研究的「Nerd」來說，自帶某種閃耀光輝。因為這個會議對于收錄論文的質量嚴格非常把控，一直固執地采用雙盲評審，從來不打算改變這一傳統。他們接收的每篇文章都要經過兩輪總計六到八個審稿人的審閱，還有程序委員會的討論篩選。這樣折騰下了，每年NSDI大會上只有幾十篇論文能夠入選，數量少得驚人。相比某些計算機視覺頂會動輒一年能收錄幾千篇論文的「文海」策略，NSDI大會算是相當古板，但又讓人敬佩。另外一個讓我心存敬佩的學術頂會是ACMSIGGRAPH，每年接收論文的數量大概在100篇左右。第二個原因是，這是NSDI大會屈指可數的收錄區塊鏈論文的案例，更是中國人在這個領域的第一篇文章。

分布式系統中關于區塊鏈技術的研究還需加強

中國人民銀行決定于2023年3月27日下調金融機構存款準備金率:金色財經報道，中國人民銀行決定于2023年3月27日降低金融機構存款準備金率0.25個百分點（不含已執行5%存款準備金率的金融機構）。本次下調后，金融機構加權平均存款準備金率約為7.6%。[2023/3/17 13:10:54]

NSDI大會關注的研究課題是計算機網絡和分布式系統，按道理，區塊鏈的核心技術屬于這個領域。可是事實上，學術界目前在這個領域的主流研究方向還是關注于中心化的數據中心、超算中心里面的理論挑戰和實際工程問題，對應的大都是云計算行業以及涉及大量計算任務的機器學習領域。

今年總共3天的會議中，關注區塊鏈的論文僅有我們這一篇，以至于會議主席在正式開幕的前一天晚上預熱宣講(previewsession)中，特別提到了我們的論文，說「區塊鏈終于來到了NSDI這個分布式系統領域的殿堂」。我有點想提醒主席先生，其實三年前這個大會收錄過一篇區塊鏈論文，那就是大名鼎鼎的「Bitcoin-NG」，也是在NSDI大會上發表的，只是他們沒叫區塊鏈而已。

其實我們「一氧化物」的想法成熟并開始實驗后，就一直在考慮應該如何把這個技術介紹給全球的同行。我們立下了幾個原則：一定要送到采用雙盲評審的頂級學術會議，接受同行嚴格的評審，在這個過程中接受挑戰，也通過這樣促成自身的精進。在選擇會議上，我們明白論文在NSDI大會入選難度極大，但是，從一開始我們就把NSDI大會定為目標。因為我看到這個會議的研究課題分布在網絡系統的各個技術點上，大家都在關心系統的性能，即承載大業務的能力，但是在去中心化的分布式系統的性能提升方面，卻一直難有突破。所以，我們認為區塊鏈的性能問題的技術突破，最應該在這里發表。

中國人民銀行：扎實開展數字人民幣研發試點工作:10月12日消息，中國人民銀行數字貨幣研究所發文表示，支持在財政、稅收、政務等對公領域發揮數字人民幣優勢，為政府數字化和智能化治理提供先進的支付服務。實現數字人民幣體系與傳統電子支付工具的互聯互通，讓消費者可以“一碼通掃”，商戶也盡量不用增加成本即可支持各類支付工具。持續推進數字人民幣無障礙和適老化能力建設，完善無障礙產品規范和標準體系。繼續深化國際合作，深度參與數字貨幣領域國際治理建設。[2022/10/12 10:32:18]

區塊鏈是一種特殊場景下的分布式網絡系統，其中涉及的通訊、計算、存儲的開銷和瓶頸等命題同傳統的數據庫、并行計算系統、分布式計算系統等領域中的問題在思路上是完全一致的。但是由于區塊鏈又是一個去中心化的系統，沒有集中控制和調度的機制，這使得之前分布式系統中的大部分具體的設計和算法，無法直接應用到區塊鏈中。這就是為什么，分片的設計思路可以應用在區塊鏈中，但是我們論文中具體的設計和算法是全新的。

接力交易本質上是并行計算系統里面很常用的消息傳遞機制，但是必須基于可以安全驗證的設計方案，因為這里的安全性問題在之前的中心化系統中是不存在的。所以區塊鏈在設計上，是安全機制和分布式系統交織在一起的考量，缺一不可。而其中分布式系統設計是骨架，安全機制是肌肉和韌帶，保障系統可以在去中心化環境中健壯地運行。

中國人民銀行發布《金融機構反洗錢和反恐怖融資監督管理辦法》:4 月 19 日，中國人民銀行發布\t《金融機構反洗錢和反恐怖融資監督管理辦法》（以下簡稱《辦法》）。

據介紹，\t《辦法》進一步明確了金融機構反洗錢內部控制和風險管理要求。參照國際通行規則，要求金融機構應當開展洗錢和恐怖融資風險自評估，并根據風險狀況和經營規模建立內部控制制度和相應的風險管理政策，進一步明確金融機構反洗錢組織機構、人力資源保障、反洗錢信息系統、反洗錢審計機制等要求。為防范境外分支機構反洗錢監管風險，明確金融機構對境外分支機構的管理要求。[2021/4/19 20:34:54]

同行相見，中國Nerd會師

今年的NSDI大會共收錄了包括知名高校和企業研究機構在內的49篇論文，其中有超過一半來自美國頂尖高校，比如MIT、UCBerkeley、Stanford、CMU、Princeton、Cornell、UW、Harvard、Yale等，而另外近一半則來自微軟、Google、Intel等美國知名的云計算相關企業。

而另一個很明顯的趨勢是，來自中國的一線研究人員和技術企業的比重在增加。在國際頂會中看到中國人的面孔早就很常見了，但是之前更多是在海外高校研究和一線科技企業做研究的華人，現在，越來越多來自中國的機構。比如，今年的大會上我們越到了來自微軟亞洲研究院、清華大學和今日頭條(Bytedance)的中國同行。當然，其中還有我們，來自創新工場和中科院計算所。

聲音 | 中國人民大學楊東：區塊鏈正在與不同技術之間融合:中國人民大學大數據區塊鏈與監管科技實驗室主任楊東介紹，科技創新會帶來量變風險與質變風險。他舉例：金融科技會大幅降低資金提供者與需求者之間的連接費用，但金融風險的隱蔽性、突發性、傳染性和負外部性等特征并不會消失。

“不僅如此，金融、技術和網絡風險更易產生疊加與聚合效應，使風險傳遞得更快、波及面更廣，且在技術性風險、操作性風險與系統性風險等層面表現得更為突出。” 楊東說。

楊東還說，區塊鏈正在與不同技術之間融合，現實世界與虛擬世界之間的界限正在被模糊，其在金融科技領域引發的風險已經慢慢體現出來。（人民日報）[2019/12/8]

當談論硬核技術時，我們談論些什么

我們的論文被歸類在分布式系統架構設計專場。「分布式系統架構設計」這個細分領域算是網絡研究領域的重中之重，所以這個環節安排在會議正式開幕的第一天上午宣講。和我們同一個專場一起宣講的還有Stanford、MIT和EPFL(瑞士洛桑聯邦理工學院)的論文。

當天300多人的會場坐得滿滿當當，除了第一排(難道是讀大學的后遺癥？)，所以照片里面的我就沒幾個像素了。憑著當年在ACMSIGGRAPH千人會場宣講的經驗，我還算穩穩地把宣講時間控制在20分鐘，好在后面流出足夠的時間來回答與會者的提問。

聲音 | 中國人民銀行研究所鄒平座：推動區塊鏈技術在社會治理方面的應用:據中國經濟新聞網消息，今日，中國人民銀行金融研究所首席研究員鄒平座發文“2019：穩健貨幣政策應提高科學性與技術性”，文中提到，我國應當充分利用世界科技革命的大勢，把政府的大部分職能與信息化、大數據、云計算、區塊鏈等結合起來。推動區塊鏈技術在社會治理方面的應用，充分發揮區塊鏈去信任化、去中心化、共識機制、共享機制的重要作用，逐步形成一個科學民主的治理體系。還提出要創新管理國企制度，試點合伙制管理與通證管理，把區塊鏈技術引入國企改革。[2019/1/23]

第一個問題來自Princeton的一個做無線網絡的研究生，看他對著手機屏幕念出問題，大概是在幫遠程的某位同學提問的。他的問題直擊這個版本的Monoxide的一個約束，就是交易要能夠被分解成多個每個涉及一個zone的操作。而后面幾位來自MIT和Google的問題，則是關于最終原子性和連弩挖礦，都比較基礎，估計是沒細看論文。

最后瑞士洛桑聯邦理工學院BryanFord教授的學生，也就是Dfinity在瑞士的團隊，問了關于交易確認時間可能延長的問題。這個情況有概率存在，延長時間的數學期望是出塊周期的一半。其實我在心里也特別想向他提幾個問題，問問Dfinity團隊在研發過程中進展究竟如何，一些核心挑戰是否已經解決。

周三傍晚是我們的海報站臺環節(postersession)。很明顯，區塊鏈還是非常新的課題，大家充滿好奇心，前來交流的人非常多。很多問題也比較初級的，不好意思在論文宣講提問環節提出的問題，這個時候都來了。

期間比較有意思的是一位MIT的同學。我猜他也在做區塊鏈分片這個方向，他和我們討論了限制礦工聚焦算力的另一種方法，數據結構和連弩挖礦類似，但是一次只允許出一個塊，并且能在那個分片里面出是隨機的不受礦工限制。在保障安全這個角度來說，可以實現和連弩挖礦一樣的效果，只是其他塊都白算了。另外一個讓我印象深刻的是一位來自VMWare的女生。她過來來討論了很多設計的細節問題，顯然在這個方向已經有很深入的研究。我智能心中暗暗詫異，難道VMWare也在搞區塊鏈了？

期間還有一個Google的朋友，問起一個問題，說到了礦場最終會所有分片，是不是分片就沒意義了？這個問題很具代表性，之前知乎上面也有網友問到，所以我覺得值得再解釋一下。礦場需要參與所有分片，并沒有使得分片退化，也沒有損害伸縮性。礦場這個設施，并不是一個單一節點，礦場本身就是一個由幾百上千臺礦機構成的分布式系統。正是有了Monoxide的分片架構，才使得礦場內部可以很簡單地設計成一個高收縮性的系統。投入足夠多的普通服務器，用不同的機器去監控不同的分片進行出塊計算，就可以把實實在在的幾萬甚至幾十萬的TPS以及幾個TB的狀態容量撐起來。如果沒有分片，例如現在的比特幣、以太坊，那么礦場即使投入再多的普通服務器也無法提升TPS和容量。

小八卦

在海報站臺期間，會議主席JayLorch也來到我們的攤位，表示很喜歡我們的工作，希望有這些新的研究課題給NSDI大會帶來更多活力。

他還透露說，今年大會組委會其實總共收到了四篇和區塊鏈相關的論文投稿，最后拒了三篇，只收了我們這一篇，因為評審委員會評審之后，認為只有我們這篇工作非常扎實并且想法非常創新，系統的設計簡單有效，是可以應用到實際的工程實現的。

這次參加會議除了讓更多人了解我們的工作之外，最大的收獲是在茶歇期間，和一位Stanford的同學聊到了RSAAccumulator。發現我之前對RSAAccumulator有個誤解，以為它的狀態需要3K左右字節，而事實上，這個代價是和其模數有關的值，可以變小，當然沖突概率會變大。

這個誤解來自于Grin團隊的某個宣講視頻，摔…事后請教了一下斯坦福學的密碼學大咖DanBoneh教授，原來RSAAccumulator在采用2048-bit模數的時候，只需要256字節。這是一個非常有意義的結論，可以直接應用在Monoxide中，用很小的代價將接力交易的通訊總和從nlog(n)，降到n，從而提高大概10倍的吞吐量。

文末，附上我和汪浩的憨笑:):)

Onemorething，是在去開會前一天，非常感謝巴比特為Monoxide趕制了通俗易懂的技術講解視頻，由小喵小姐姐獻聲說法，在此也感謝小喵以及她身后的制作團隊。

視頻連接在這里https://www.8btc.com/video/365474

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王嘉平

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